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체적효율과 충전효율
엔진의 출력을 증대시키기 위해서는 더 많은 공기가 연소실로 흡입될 수 있어야 합니다. 1차적으로 더 많은 공기가 흡입되어야, 이 흡입된 공기를 이용하여 더 많은 연료를 연소시킴으로써 더 큰 출력을 내는 것입니다.
일반적인 방법으로 엔진에 더 많은 공기를 흡입시키는 것은 가속페달을 밟는 것입니다. 가속 페달을 밟으면 엔진으로 공기가 들어가는 통로를 더 많이 열리게 됩니다. 공기 통로의 면적을 변화시키는 것이 드로틀밸브인데, 그러므로 가속 페달과 드로틀 밸브가 액셀 와이어에 의해 연결되어 있습니다.
 연소실로 얼마만큼의 공기가 흡입되는가를 나타내는 것을 흡입효율이라고 합니다. 흡입효율에는 체적효율(Volumetric Efficiency)과 충전효율(Charging Efficiency), 2가지가 있습니다. 피스톤의 이동에 따라 실린더 내로 공기가 흡입될 때, 엔진의 구조상 형성되어 있는 실린더 체적에 비하여 얼마만큼의 공기가 흡입되었는가를 나타내는 것을 체적효율이라고 합니다. 즉, 체적효율 = (흡입공기체적/행정체적)입니다. 흡입된 공기가 실린더 내의 체적을 모두 채우면 체적효율은 100%가 됩니다.
그러나, 일정 중량의 연료와 혼합되어 연소되는 공기는 일정 중량이 필요합니다. 공기의 체적은 온도나 기압에 따라 변화하므로, 온도나 압력에 아무런 조건이 없는 체적효율만으로는 흡입된 공기의 중량을 비교할 수 없습니다. 그러므로 온도와 압력이 일정한 조건하에 있을 때의 흡입 공기 체적으로 흡입효율을 나타내는 것이 필요합니다. 1기압,293K에서의 상태로 환산한 공기의 체적과 행정체적의 비를 충전효율이라고 합니다. 따라서, 체적효율이 100%라고 할지라도 충전효율은 100%가 되지 않을 수도 있으며, 1기압,293K에서는 체적효율과 충전효율이 같게 됩니다.
체적효율과 충전효율에 영향을 주는 인자들에 대해서 살펴봅니다.
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입구 온도 |
흡기의 입구온도가 높거나, 입구온도는 낮았지만 흡기관을 통과하면서 흡기의 온도가 상승하게 되면 충전효율이 저하되어 엔진의 출력이 감소합니다. |
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입구 압력 |
온도가 일정할 때, 입구 압력이 작아지면 비중이 감소하므로,충전효율이 감소합니다.
흡입공기의 압력을 높여서 충전효율을 증대시키는 장치로는 슈퍼차저(Super-charger)와 터보차저(Turbo-charger)가 있습니다. |
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연소실 벽면 온도 |
냉각수의 온도가 높으면 연소실 벽면의 온도가 높아져서 흡입공기를 가열시키므로 체적효율과 충전효율 모두를 감소시킵니다. |
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흡기관의 유동 저항 |
흡기관 내의 유동 저항이 크면, 체적 효율과 충전 효율 모두가 저하됩니다. 흡기통로의 굴곡이 심하거나, 단면적의 변화가 심하면 압력손실이 커집니다. | |
